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HCI 入門 第5章
ハードウェア
インタフェース


授業の構成

HWインタフェース   1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

コンピュータは1,0で動く  実際には電圧の高低#

 例：論理値1は高い電圧、0は低い電圧#• 逆もある#

 コンピュータの半導体回路# 電源電圧が5Vや3.3Vなどで稼働# 例：0.8V以下を論理値0、2V以上を1#

人は実世界で生きている  インタフェースハードウェア#

 スイッチのon/offを電圧にしてコンピュータに伝える#

 実世界のアナログ値を1,0の組み合わせにしてコンピュータに伝える#

 コンピュータの1,0を光の明滅で知る# コンピュータの1,0の組みあせを、明るさや音圧にして知る#

オームの法則  抵抗の#

 両端の電圧電圧値 E# 抵抗に流れる電流値 I# 抵抗の抵抗値 R#

 E = I・R#  I = E/R#  R = E/I#

 電圧=水位差,電流=水流,抵抗=水路の細さ

E

I R

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回路図  電池、豆電球、スイッチ、配線#

 電池マーク# Vccと接地# 抵抗、発光ダイオード、トランジスタ#

オームの法則  抵抗の#

 両端の電圧電圧値 E# 抵抗に流れる電流値 I# 抵抗の抵抗値 R#

 E = I・R#  I = E/R#  R = E/I#

 電圧=水位差,電流=水流,抵抗=水路の細さ

E

I R

LEDを点灯する   5V 


抵抗


LED 


接地(0V)

計算例：LEDに4mA流したい   LED両端は
約1V


 抵抗値Rは、
R=E / I
=4V / 4mA
=1KΩ#

5V

0V

1bitの出力

コンピュータ

1bit出力の利用例   LEDを光らせる# 早く動作させてスピーカーを鳴らす# 大きな電力をコントロールするリレーをつけて# 天井の明かりを点ける・消す# ダムの水門を開閉する

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オープンコレクタ接続

コンピュータ

半導体スイッチ

HWインタフェース   1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

1bitの入力

コンピュータ コンピュータ

1bitの入力

コンピュータ コンピュータ

1bit入力の利用例  押しボタンスイッチを押す# 人が触ると反応するセンサをつなぐ# 人が居ると反応するセンサをつなぐ# 明るさが変わると反応するセンサをつなぐ#

 マイクロフォンをつないで、音声でコンピュータを使う#

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ワイヤードOR
接続 HWインタフェース

  1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

マトリックス接続スイッチ マトリックス接続LED

7セグメントLEDの接続 複数のLED

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複数のLED HWインタフェース   1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

デバイスドライバ  HWポートなどをアクセスする部分#

 危険なので分離# そこだけHWにアクセス許可# 十分にテスト


/dev/disk0 
/dev/tty0 
/dev/usb#

HWインタフェース   1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

PCのパラレルポート  プリンタポート

PCのシリアルポート

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シリアルインタフェース  一本の信号線で接続

シリアル転送の例 (RS232C)  とりきめ#

 ビットレート(bit/sec)、データビット数、
スタートビット数、ストップビット数#

USB (Universal Serial Bus) HWインタフェース   1ビットの出力#  1ビットの入力# 多ビットの入出力# シリアルインタフェース# デバイスドライバ# 入出力サブシステム

I/O Sub System I/O Sub System  USB-パラレルアダプタ

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I/O Sub System  Arduino# Phidgets

Arduino  USB接続してプログラム開発